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Biochar induced trade-offs and synergies between ecosystem services and crop productivity

Journal of Integrative Agriculture 2024年第11期23卷 3882-3895页

作者： Jinxia wang Qiu Huang Kai Peng Dayang Yang Guozhen Wei Yunfei Ren Yixuan wang xiukang wang Nangia Vinay Shikun Sun Yanming Yang Fei Mo College of Agronomy Northwest A&F University Agricultural and Animal Husbandry Technology Extension Center College of Life Sciences Yan'an University International Center for Agricultural Research in the Dry Areas (ICARDA) College of Water Resources and Architectural Engineering Northwest A&F University College of Agronomy Inner Mongolia Agricultural University

Biochar amendment offers a chance for sustainable agriculture. However, the effectiveness of biochar relies on its physical and chemical properties, which are heavily affected by biochar production conditions and management practices. Therefore, substantial uncertainties regarding the use of biochar exist in agricultural systems *** study provides the first quantitative evaluation of the impacts of biochar characteristics and management practices on key ecosystem services by performing a second-order meta-analysis based on 34,628 paired observations in biochar-amended and unamended systems. Overall, biochar enhances phytotoxicity alleviation,physiology regulation, soil remediation and carbon sequestration, and microbial functional gene ***, some prominent trade-offs exist between crop productivity and ecosystem service deliveries including for nutrient cycling, microbial function, climate change mitigation, and the soil microbial community. The adoption of low C:N biochar produced at high pyrolysis temperatures from sewage sludge-derived feedstock, in combination with a moderate application rate and inorganic fertilizer input, shows potential for achieving synergistic promotion of crop productivity and ecosystem services. These outcomes highlight the need for judicious implementation of biochar-based solutions to site-specific soil constraints. The quantified synergy and tradeoff relationships will aid the establishment of a sustainable biochar development framework that strengthens necessary ecosystem services commensurate with food security assurance.

关键词： biochar soil remediation phytotoxicity alleviation carbon sequestration productivity

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PTX技术在可再生能源大规模储能和消纳中的应用分析

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低碳化学与化工 2024年第3期49卷 102-110页

作者：宋鹏飞张超肖立王修康侯建国王秀林中海石油气电集团技术研发中心北京100028

双碳目标促进了中国可再生能源的发展,高比例不稳定电力面临实现大规模储能和跨区域消纳等挑战。广义的氢储能是通过可再生能源电解水制氢,并将氢气及其参与合成的氢基化学品作为储能和消纳的介质。绿电制合成化学品(Power-to-X,PTX)融... 详细信息

双碳目标促进了中国可再生能源的发展,高比例不稳定电力面临实现大规模储能和跨区域消纳等挑战。广义的氢储能是通过可再生能源电解水制氢,并将氢气及其参与合成的氢基化学品作为储能和消纳的介质。绿电制合成化学品(Power-to-X,PTX)融合CO_(2)化学转化利用技术,借助氢能产业的快速发展,生产具有零碳特性的甲烷、甲醇和氨等产品。这些产品能够进入已有的能源基础设施系统,实现高能量密度、低成本的储存、运输和配送,在不改变终端用能习惯的前提下迅速完成消纳。分别对绿电制绿色甲烷、绿色甲醇和绿氨进行了阐述与分析,认为PTX能够促进可再生能源与已有产业的融合,实现可再生能源的高效利用和消纳,发展前景广阔。

关键词：氢储能电制化学品电制甲烷绿色甲醇绿氨

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水肥调控对马铃薯块茎品质及水肥利用效率的影响

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西北农业学报 2024年第5期33卷 842-850页

作者：张腾邢英英谢奎密菲瑶李卓远王秀康延安大学黄土高原应用生态陕西省高等学校重点实验室陕西延安716000 延安大学生命科学学院陕西延安716000

以陕北地区普遍种植的马铃薯品种‘希森6号’为供试材料,设置3个灌水量为W1(100%ET c)、W2(80%ET c)、W3(60%ET c),3个施肥水平N-P_(2)O_(5)-K_(2)O分别为F1(240-120-300 kg·hm^(-2))、F2(180-90-225 kg·hm^(-2))、F3(120-60-150 kg·hm^(-2)),以60%ET c和不施肥处理为对照,共10个处理。结果表明,水肥调控对马铃薯块茎产量、品质及水肥利用效率有显著的影响。马铃薯产量和水分利用效率随着施肥量的增加而增加,F1处理更有利于马铃薯生长,但F1处理肥料偏生产力明显低于F2和F3处理,F1处理的平均肥料偏生产力比F2和F3处理低23.51%和26.72%;淀粉含量随着灌水量的增加而先减后增;维生素C含量随着施肥量的增加而增加,随着灌水量的增多而减少;可溶性糖含量随着灌水量或施肥量的增加均呈抛物线趋势。运用隶属函数法评价马铃薯品质及水肥利用效率表明,处理W1F2排名第一,因此推荐灌水量为100%ET c,施肥量为180-90-225(N-P_(2)O_(5)-K_(2)O)kg·hm^(-2)是陕北地区马铃薯优质高产的最佳灌水施肥组合。

关键词：马铃薯水肥调控块茎品质水肥利用效率

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小微型天然气制氢工艺与反应器技术研究进展

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油气与新能源 2024年第3期36卷 44-50页

作者：宋鹏飞张超王修康侯建国王秀林中海石油气电集团技术研发中心北京100028

小微型天然气制氢是便捷获得小规模、低成本、高纯度氢源的重要技术。随着氢能和燃料电池的快速发展,借助完善的天然气输配网络,小微型天然气制氢有望在小规模交通、实验、发电、供热等多个领域广泛应用。为加强相关研究,对全球小微型... 详细信息

小微型天然气制氢是便捷获得小规模、低成本、高纯度氢源的重要技术。随着氢能和燃料电池的快速发展,借助完善的天然气输配网络,小微型天然气制氢有望在小规模交通、实验、发电、供热等多个领域广泛应用。为加强相关研究,对全球小微型天然气制氢的工艺技术和反应器技术研究进展进行了梳理和分析,针对应用最广泛的天然气蒸汽重整工艺介绍了低温低压蒸汽重整、小型自热重整2种工艺技术,以及传统蒸汽重整反应器的小型化和对流换热型、板式及膜反应器3种颠覆式反应器技术,认为小微型天然气制氢有利于推动分布式制氢和燃料电池分布式发电的应用,虽然目前主要集中在传统技术的小型化,但未来对反应器的颠覆性创新将有望成为主流。

关键词：天然气制氢膜反应器板式反应器天然气蒸汽重整

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不同灌水定额下缓释氮肥与尿素混掺对玉米生长和产量及水肥利用效率的影响

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西北农业学报 2024年第7期33卷 1235-1248页

作者：陈梦茹邢英英张帆邵雅婷付锦涛张香竹王秀康延安大学生命科学学院陕西延安716000

为旱区建立玉米种植的高效水肥管理技术提供理论依据。通过玉米盆栽试验,设置3个灌水定额(W1:2 548 m^(3)/hm^(2),W2:1 911 m^(3)/hm^(2),W3:1 433 m^(3)/hm^(2))和3个氮肥类型(U:尿素,UNS:尿素与缓释氮肥以纯氮含量比3∶7混掺,SRF:缓... 详细信息

为旱区建立玉米种植的高效水肥管理技术提供理论依据。通过玉米盆栽试验,设置3个灌水定额(W1:2 548 m^(3)/hm^(2),W2:1 911 m^(3)/hm^(2),W3:1 433 m^(3)/hm^(2))和3个氮肥类型(U:尿素,UNS:尿素与缓释氮肥以纯氮含量比3∶7混掺,SRF:缓释氮肥),以不施氮肥W3灌溉量为对照(CK),研究不同灌水量和氮肥类型对玉米生长指标、产量及构成、灌溉水分利用效率(IWUE)及氮素利用效率(NUE)的影响。结果表明,氮肥类型与灌溉量及两者交互作用对玉米生长指标、单株干物质累积量、产量及产量构成要素、IWUE和NUE有显著影响(PSRF>U。处理W3UNS的IWUE最高,处理W1UNS的NUE最高。通过整体差异组合评价模型分析得出排名前两名的处理为W1SRF和W1UNS。综合分析,灌溉量2 548 m^(3)/hm^(2)的前提下,缓释氮肥或缓释氮肥与尿素混掺一次性基施,可同时兼顾玉米生长、产量和水肥利用效率。

关键词：玉米尿素缓释氮肥水肥利用效率产量整体差异组合评价模型

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甲基环己烷-甲苯储氢技术未来应用场景分析

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油气与新能源 2024年第4期36卷 31-37页

作者：宋鹏飞张超侯建国王修康王秀林聂锁府中海石油气电集团技术研发中心北京100028

甲基环己烷-甲苯是最具发展前景的有机物储氢技术之一,有望助力解决氢气储运难题。对未来甲基环己烷-甲苯储氢可能的5种应用场景进行了分析,包括国际氢供应链与氢气贸易,西氢东送,深远海海上风电制氢的大规模海上氢气储运,可再生能源大... 详细信息

甲基环己烷-甲苯是最具发展前景的有机物储氢技术之一,有望助力解决氢气储运难题。对未来甲基环己烷-甲苯储氢可能的5种应用场景进行了分析,包括国际氢供应链与氢气贸易,西氢东送,深远海海上风电制氢的大规模海上氢气储运,可再生能源大规模氢储能中,小型橇装化分布式储氢与供氢等。分析认为:在国际氢供应链场景中,氢储运可以利用已有的油品基础设施、油品的运输船、装卸货码头、储罐、管道、槽车等,降低投资和氢气成本;在西氢东送场景中,通过油管道构建三北地区可再生能源大规模向东南沿海消费市场输送的新通道;在深远海大规模风电制氢及氢气储运场景中,借助已有的海上油气设施,探索海上风电基地离网制氢与氢气大宗海上储运,实现深远海海上能源的非电储运与消纳;在可再生能源大规模氢储能中,借助有机物储氢常温常压常规低价储存的优势,形成制氢-储存-消纳融合的氢储能新模式;在小型橇装化分布式储氢与供氢场景中,通过小型橇装储氢和脱氢装置,贴近氢源端灵活储氢、贴近用户端便捷脱氢,构建融合利用已有油品基础设施的新业态。

关键词：氢能甲基环己烷有机物储氢应用场景

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有机肥等氮替代化肥对春玉米生长、产量和水肥利用效率的影响

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水土保持学报 2024年第3期38卷 369-381页

作者：陈梦茹邢英英解云霞刘栩柠邵雅婷李珊珊赵天盛卢杰王秀康延安大学生命科学学院陕西延安716000

[目的]为探究不同施氮量下有机肥等氮替代化肥对陕北旱区春玉米生长、产量和水肥利用效率的影响。[方法]采用多元回归分析和三维拟合模型,以期建立陕北地区春玉米种植最佳氮肥管理模式。设置3个施氮水平(N1、N2、N3分别为240,180,120 kg... 详细信息

[目的]为探究不同施氮量下有机肥等氮替代化肥对陕北旱区春玉米生长、产量和水肥利用效率的影响。[方法]采用多元回归分析和三维拟合模型,以期建立陕北地区春玉米种植最佳氮肥管理模式。设置3个施氮水平(N1、N2、N3分别为240,180,120 kg/hm^(2))和5个有机肥等氮替代比例(R0、R12.5、R^(2)5、R37.5、R50分别为100%化肥氮、12.5%有机肥氮+87.5%化肥氮、25%有机肥氮+75%化肥氮、37.5%有机肥氮+62.5%化肥氮、50%有机肥氮+50%化肥氮),共15个处理。在春玉米主要生育期测定春玉米生长、产量及产量构成要素,计算生育期耗水量(ET)、水分利用效率(WUE)、氮肥偏生产力(NPFP)及经济效益。[结果]Logistic函数对春玉米干物质累积量具有较高的拟合度,R 12.5处理可推迟干物质快速积累期的起点、终点和最大值出现的时间,N2处理可提升干物质累积量的日最大增长速率。施氮量和替代比例对春玉米干物质累积量、产量及构成要素、ET、NPFP和经济效益有显著影响(p<0.05),两者交互作用对穗长、穗粗、ET的影响显著(p<0.05)。N2处理的平均干物质累积量、产量、ET、净收入分别比N1和N3处理提高5.58%和15.80%,4.25%和16.76%,4.96%和3.41%,8.76%和29.42%。有机替代比例为12.5%~37.5%的处理可显著提升干物质累积量、产量及构成要素、ET、WUE、NPFP、净收入、产投比。随着施氮量增加,WUE上升,而NPFP降低。处理N2R^(2)5的干物质累积量、ET最高,处理N2R37.5的产量、净收入、产投比最高。春玉米产量与干物质累积量、ET、WUE、净收入、产投比呈显著正相关。[结论]综合分析得到,在施氮量和替代比例区间分别为190~210 kg/hm^(2)和17%~29%时,可使春玉米干物质累积量、产量、WUE、NPFP、净收入同时优化。

关键词：春玉米产量有机肥水分利用效率多元回归分析

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外源氯化钙与秸秆物料对盐碱土壤有机碳组分和酶活性的影响

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延安大学学报（自然科学版） 2024年第3期43卷 59-67页

作者：田野姜文婷王秀康陈国梁李婷婷景庭瑞延安大学生命科学学院陕西省黄土高原菌产业生态循环发展工程技术研究中心陕西延安716000

为科学改良土壤质量及促进土壤健康,研究外源氯化钙与秸秆物料对盐碱土壤有机碳组分和酶活性的影响。以榆林典型盐碱农田土壤为研究对象,设置空白处理(CK)、单施低量秸秆物料(S1)、单施高量秸秆物料(S2)、施用氯化钙和低量秸秆物料(LS1... 详细信息

为科学改良土壤质量及促进土壤健康,研究外源氯化钙与秸秆物料对盐碱土壤有机碳组分和酶活性的影响。以榆林典型盐碱农田土壤为研究对象,设置空白处理(CK)、单施低量秸秆物料(S1)、单施高量秸秆物料(S2)、施用氯化钙和低量秸秆物料(LS1)、施用氯化钙和高量秸秆物料(LS2)共计5个处理进行田间试验。结果表明,施用外源氯化钙与秸秆物料显著降低盐碱土壤pH和碱化度(ESP)。与CK相比,S1、S2、LS1和LS2处理下土壤有机碳(SOC)、活性有机碳(LOC)含量均有不同程度的增加,且差异性显著,增幅在12.0%~28.1%和10.9%~101.9%。此外,LS2处理下在可溶性有机碳(DOC)和微生物量碳(MBC)含量为最高,较S1、S2、LS1处理分别高出23.88%、17.84%和8.27%。对土壤酶活性的研究发现,单独施用秸秆物料S1、S2处理明显增加了土壤蔗糖酶、β-1,4-木糖苷酶和β-1,4-葡萄糖苷酶活性。然而,外源氯化钙与秸秆物料配施LS1、LS2处理,酶活性呈现降低趋势,表明这种组合处理对土壤中的酶活性具有一定的抑制作用。通过主成分分析(PCA)和相关性分析,进一步确认了有机碳组分与酶活性之间的关联性。综上,外源氯化钙与秸秆物料的合理施用可改良盐碱土壤,提升土壤肥力和酶活性,为其可持续利用和改良提供了科学依据。

关键词：盐碱土壤有机碳微生物量碳蔗糖酶 β-1,4-木糖苷酶

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Application of ferrous sulfate alleviates negative impact of cadmium in rice(Oryza sativa L.)

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BIOCELL 2021年第6期45卷 1631-1649页

作者： JAVARIA AFZAL xiukang wang MUHAMMAD HAMZAH SALEEM XUECHENG SUN SHAHID HUSSAIN IMRAN KHAN MUHAMMAD SHOAIB RANA SHAKEEL AHMED SAMRAH AFZAL AWAN SAJID FIAZ OMAR AZIZ KASHIF ALI KUBAR SHAFAQAT ALI CHENGXIAO HU Key Laboratory of Arable Land Conservation(Middle and Lower Reaches of Yangtze River) Ministry of Agriculture and Rural AffairsHuazhong Agricultural UniversityWuhan430070China Department of Soil Science Sindh Agriculture UniversityTandojam70060Pakistan College of Life Sciences Yan’an UniversityYan’an716000China College of Plant Science and Technology Huazhong Agricultural UniversityWuhan430070China Schools of Materials Science and Engineering Jiangsu UniversityZhenjiang212013China Department of Grassland Science Sichuan Agricultural UniversityChengdu611130China Instituto de Farmacia Facultad de CienciasUniversidad Austral de ChileValdivia5110566Chile Department of Plant Breeding and Genetics The University of HaripurKhyber Pakhtunkhwa22620Pakistan Department of Soil&Environmental Sciences University of Agriculture FaisalabadSub-Campus DepalpurOkaraPakistan Faculty of Agriculture Lasbela University of AgricultureWater and Marine SciencesUthal90150Pakistan Department of Environmental Sciences and Engineering Government College UniversityFaisalabad38000Pakistan Department of Biological Sciences and Technology China Medical UniversityTaichung40402Taiwan

Soil contamination with toxic heavy metals[such as cadmium(Cd)]is becoming a serious global problem due to rapid development of social ***(Fe),being an important element,has been found effective in enhancing plant tolerance against biotic and abiotic *** present study investigated the extent to which different levels of Ferrous sulphate(FeSO_(4))modulated the Cd tolerance of rice(Oryza sativa L.),when maintained in artificially Cd spiked regimes.A pot experiment was conducted under controlled conditions for 146 days,by using natural soil,mixed with different levels of CdCl_(2)[0(no Cd),0.5 and 1 mg/kg]together with the exogenous application of FeSO_(4) at[0(no Fe),1.5 and 3 mg/kg]levels to monitor different growth,gaseous exchange characteristics,oxidative stress,antioxidative responses,minerals accumulation,organic acid exudation patterns of *** results depicted that addition of Cd to the soil significantly(P<0.05)decreased plant growth and biomass,gaseous exchange parameters,mineral uptake by the plants,sugars(soluble,reducing,and non-reducing sugar)and altered the ultrastructure of chloroplasts,plastoglobuli,mitochondria,and many other cellular organelles in Cd-stressed *** compared to those plants which were grown without the addition of Cd in the ***,Cd toxicity boosted the production of reactive oxygen species(ROS)by increasing the contents of malondialdehyde(MDA),which is the indication of oxidative stress in *** and was also manifested by hydrogen peroxide(H_(2)O_(2))contents and electrolyte leakage to the membrane bounded ***,activities of various antioxidative enzymes like superoxidase dismutase(SOD),peroxidase(POD),catalase(CAT)and ascorbate peroxidase(APX)and non-enzymatic antioxidants like phenolics,flavonoid,ascorbic acid,anthocyanin and proline contents increased up to a Cd level of 0.5 mg/kg in the soil but were significantly diminished at the highest Cd level of 1 mg/kg in the soil compar

关键词： Antioxidants Defense mechanism Heavy metals Iron Organic acids exudation

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膜下滴灌施肥番茄水肥供应量的优化研究

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农业机械学报 2016年第1期47卷 141-150页

作者：王秀康邢英英张富仓延安大学生命科学学院延安716000 西安理工大学水利水电学院西安710048 西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室陕西杨凌712100

为揭示膜下滴灌施肥番茄对不同灌水量和施肥量的响应,基于2012—2013年田间随机分块试验,采用Tukey HSD方差分析方法研究了不同水肥供应对番茄生长、产量和水分利用效率的影响,进一步采用多元回归分析确定温室番茄田间管理推荐的灌水量... 详细信息

为揭示膜下滴灌施肥番茄对不同灌水量和施肥量的响应,基于2012—2013年田间随机分块试验,采用Tukey HSD方差分析方法研究了不同水肥供应对番茄生长、产量和水分利用效率的影响,进一步采用多元回归分析确定温室番茄田间管理推荐的灌水量和施肥量。结果表明,在2012年,移植后23 d,灌水量和施肥量对番茄株高影响极显著,水肥交互作用对番茄株高影响显著;在整个生育期,番茄茎粗与施肥量差异显著;不同灌水处理之间平均叶片扩展速率无显著性差异,叶片扩展速率对施肥处理的敏感性大于灌水处理;干物质积累量与施肥量和灌水量均正相关,施肥量对番茄干物质积累量影响显著,施肥对番茄干物质积累量的影响大于灌水;灌水和施肥对番茄产量影响显著,水肥交互作用对番茄产量影响极显著,在2012年,W1（100%ET0）处理的番茄平均产量最大,比W2（75%ET0）、W3（50%ET0）处理分别高5.99%和13.54%,番茄果数与产量呈正相关关系,单果质量与番茄产量无相关关系;灌水量对番茄水分利用效率的影响极显著,作物耗水量与灌水量正相关,与施肥量无显著性关系,施肥对作物耗水有促进作用。根据2年田间试验结果,综合考虑番茄产量和水分利用效率,推荐番茄灌水量为151.12-207.76 mm,施肥量为453.58-461.08 kg/hm^2,其中,氮肥用量为213.45-216.98 kg/hm^2,磷肥用量为106.72-108.49 kg/hm^2,钾肥用量为133.41-135.61 kg/hm^2。

关键词：番茄水分利用效率干物质滴灌施肥多元回归

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